전기 기관차

Electric locomotive
전기 기관차 슈코다 ChS4-109.모스크바- 비니치아 역의 오데사 열차.
Siemens ES64U4는 2006년에 357km/h(222mph)로 가장 빠른 전기 기관차로서 현재 확인된 보유자입니다.

전기 기관차가선, 제3의 레일 또는 배터리나 슈퍼 캐패시터와 같은 선내 에너지 저장고에서 나오는 전기로 구동되는 기관차입니다.디젤 엔진이나 가스터빈같이 원동기(prime mover)가 탑재된 기관차는 전기 기관차가 아닌 디젤-전기 또는 가스터빈-전기 기관차로 분류되는데, 이는 전기 발전기/모터 조합이 동력 전달 시스템 역할을 하기 때문이다.

전기 기관차는 전기 모터의 고효율성(전력 생산의 비효율성 제외)으로부터 혜택을 받습니다.회생 제동을 통해 추가적인 효율성을 얻을 수 있습니다. 회생 제동을 통해 제동 중에 운동 에너지를 회수하여 라인에 전원을 다시 공급합니다.신형 전기 기관차는 회생 제동을 제공하는 AC 모터 인버터 구동 시스템을 사용합니다.전기 기관차는 디젤 기관차에 비해 엔진 및 배기 소음이 없고 기계 소음이 적기 때문에 조용합니다.왕복 부품이 부족하다는 것은 전기 기관차가 선로에서 더 쉽게 주행할 수 있다는 것을 의미하며, 선로 유지보수가 감소합니다.발전소의 용량은 개별 기관차보다 훨씬 크기 때문에 전기 기관차는 디젤 기관차보다 더 높은 출력을 낼 수 있고 고속 가속을 위해 더 높은 단기 서지 전력을 생산할 수 있습니다.전기 기관차는 정차 횟수가 많은 통근 열차 운행에 이상적입니다.전기 기관차는 지속적으로 교통량이 많은 화물 노선이나 첨단 철도 네트워크가 있는 지역에서 사용됩니다.화력발전소는 화석연료를 태우더라도 기관차 엔진과 같은 이동식 동력원보다 훨씬 깨끗하다.전력은 또한 지열, 수력, 바이오매스, 태양광, 원자력 풍력 [1]터빈을 포함한 저탄소 또는 재생 가능한 에너지원에서 얻을 수 있다.전기 기관차는 보통 디젤 기관차보다 20% 저렴하고 유지 보수 비용도 25-35% 저렴하며 [2]운행 비용도 최대 50% 절감됩니다.

전기화의 주요 단점은 인프라(가선 또는 제3궤도, 변전소 및 제어 시스템)의 비용이 높다는 것입니다.미국의 공공정책은 전기화를 방해한다: 민간 소유의 철도시설은 전기가 [citation needed]들어오면 높은 재산세가 부과된다.EPA는 기관차 및 화물차 배출 규제와 마찬가지로 기관차 및 선박 엔진의 배기 가스 배출을 규제하여 이들 이동식 동력원에서 [3]발생하는 일산화탄소, 미연소 탄화수소, 질소산화물 및 그을음의 양을 제한하고 있다.미국에서는 철도 인프라가 민간 소유이기 때문에 철도는 전기화에 필요한 투자를 꺼린다.유럽 및 기타 지역에서, 철도 네트워크는 도로, 고속도로 및 수로와 마찬가지로 국가 교통 인프라의 일부로 간주되기 때문에,[citation needed] 종종 국가에서 자금을 조달합니다.철도 운전자는 철도 이용에 따라 요금을 지불한다.이를 통해 기술적으로나 장기적으로 전기화에 필요한 대규모 투자가 가능해집니다.

역사

직류

1879 Siemens & Halske 실험 열차
EL-1 볼티모어 벨트 라인의 전기 기관차, 1895년:증기 기관차는 터널을 통과하기 위해 분리되지 않았다.오버헤드 도체는 지붕의 가장 높은 지점에 있는 section 단면 바였기 때문에 유연하고 평평한 팬터그래프가 사용되었습니다.
Alco-GE 시제품 클래스 S-1, NYC 및 HR No. 6000 (DC)
Milwaki Road 클래스 ES-2, 전기화된 중형 철도(DC) 1916의 대형 첨탑형 전환기의 예

최초로 알려진 전기 기관차는 1837년 애버딘화학자 로버트 데이비드슨에 의해 만들어졌으며, 갈바닉 셀(배터리)로 구동되었다.데이비슨은 1841년 왕립 스코틀랜드 예술 전시회에 전시된 갈바니라는 이름의 더 큰 기관차를 만들었다.7톤 차량에는 두 개의 직접 구동 저항 모터와 각 차축의 나무 실린더에 부착된 철봉에 작용하는 고정 전자석과 간단한 정류자가 있었다.시속 4마일(시속 6km)로 6톤을 싣고 1.5마일(2.4km)의 거리를 달렸다.이듬해 9월 에든버러와 글래스고 철도에서 테스트를 실시했지만 배터리의 전력 제한으로 일반 사용이 불가능했다.그것은 [4][5][6]고용안정을 위협하는 것으로 본 철도 노동자들에 의해 파괴되었다.

최초의 전기 여객열차는 1879년 베를린에서 베르너 폰 지멘스에 의해 소개되었다.이 기관차는 2.2kW 직렬 전동기에 의해 구동되었고 기관차와 세 대의 차량으로 구성된 열차는 시속 13km에 도달했다.4개월 동안, 그 열차는 길이가 300미터인 원형 선로에 9만명의 승객을 실어 날랐다.전기(150V DC)는 선로 사이의 세 번째 절연 레일을 통해 공급되었습니다.전기를 모으기 위해 접촉 롤러가 사용되었다.

세계 최초의 전차 노선은 1881년 독일 베를린 근처의 리히터펠트에서 개통되었다.베르너 폰 지멘스에 의해 건설되었다(Gross-Lichterfelde Tramway와 Berlin Straenenbahn 참조).Volk's Electric Railway는 1883년 Brighton에서 개통되었다.1883년 오스트리아 비엔나 근처에 뫼링과 힌터브뤼흘 트램이 문을 열었다.그것은 세계 최초로 가선으로부터 전력을 공급받는 정기 운행이었다.5년 후인 1888년 미국의 리치몬드 유니온 여객철도에서 프랭크 J. [7]스프래그가 디자인한 장비를 사용하여 전기 트롤리가 개척되었다.

1887년 헝가리 최초의 전철 노선이 개통되었다.부다페스트(BHEV 참조): 라케베 선(1887), 젠텐드레 선(1888), 괴돌레 선(1888), 체펠 선(1912).[8]

전기 이동의 초기 개발의 대부분은 특히 도시 지역에서 터널의 사용 증가에 의해 추진되었다.증기기관차에서 나오는 연기는 유해했고 지방 자치단체들은 점점 더 그들의 한계 내에서 증기기관차의 사용을 금지하려는 경향이 있었다.최초의 전동식 지하선은 증기 [9]동력 사용을 금지하는 조항에 의해 촉진된 시티 앤드 사우스 런던 철도였다.매더와 플랫이 만든 전기 기관차를 이용해 1890년에 문을 열었다.전기는 1897년 스프래그의 다중 열차 제어 발명으로 촉발된 지하철의 전력 공급원이 되었다.지상 및 고가 고속 교통 시스템은 일반적으로 조례로 전환될 때까지 증기를 사용했습니다.

1895년 볼티모어오하이오 철도(B&O)의 볼티모어 벨트 라인(B&O)에서 볼티모어 시내 가장자리에 있는 일련의 터널을 통해 B&O의 주요 부분을 뉴욕으로 연결하는 4마일 연장선에서 처음으로 전기가 사용되었습니다.펜실베니아 철도의 평행 선로는 증기 기관차에서 나오는 석탄 연기가 주요 운행 문제이며 공공 폐해가 될 것이라는 것을 보여주었다.처음에는 EL-1 모델이라는 3개의 Bo+Bo 유닛이 사용되었습니다.전기 구간 남쪽 끝에서 그들은 기관차와 열차에 연결되어 [10]터널을 통해 끌어당겼다.뉴욕시로 가는 철도 입구는 비슷한 터널을 필요로 했고 연기 문제는 그곳에서 더 심각했다.1902년 파크 애비뉴 터널 충돌로 뉴욕주 의회는 1908년 7월 1일 이후 할렘강 남쪽에서 매연을 발생시키는 기관차의 사용을 금지했다.이에 대응하여, 전기 기관차는 1904년 뉴욕 중앙 철도에서 운행을 시작했다.1930년대에, 뉴욕시의 규제 때문에 전기 기관차를 도입한 펜실베니아 철도는 펜실베니아주 해리스버그 동쪽의 모든 영토를 전기화했다.

마지막으로 건설된 대륙횡단선인 시카고, 밀워키, 세인트 폴, 그리고 퍼시픽 철도(밀워키 로드)는 1915년부터 로키 산맥을 가로질러 태평양으로 가는 노선을 전철화했다.몇몇 동부 해안선, 특히 버진 철도노퍽과 서부 철도는 산악 교차로 중 짧은 구간을 전기화했다.그러나, 이 시점에서 미국의 전기화는 밀집된 도시 교통과 더 관련이 있었고, 디젤화에 [11]직면하여 전기 기관차의 사용이 감소하였다.디젤은 증기에 비해 전기 기관차의 장점, 전력 공급 인프라 구축 및 유지 비용을 공유하여 동북부 외곽의 대부분의 간선 전기화를 제거하였다.일부 비탈락형 시스템(예: 데세레트 전력 철도)을 제외하고, 2000년까지 전화는 북동부 회랑과 일부 통근 서비스에 국한되었습니다. 심지어 그곳에서도 화물 서비스는 디젤로 처리되었습니다.전기가 널리 보급된 유럽에서는 개발이 계속되었다. 프랑스 인근 일부 노선에서는 여전히 1,500V DC가 사용되고 있으며 고속 [6]열차에서는 25kV 50Hz가 사용되고 있다.

교류

최초의 실용적인 AC 전기 기관차는 취리히의 Oerlikon에서 일하는 Charles Brown에 의해 설계되었다.1891년 브라운은 라우펜암네카르수력발전소와 프랑크푸르트암메인웨스트 사이의 3상 교류로 장거리 송전을 시연했다.브라운은 Jean Heilmann에서 증기-전기 기관차 설계에 대해 연구하면서 얻은 경험을 바탕으로 3상 모터가 DC 모터보다 출력 대 중량 비율이 높고 정류자가 없기 때문에 제조 및 [i]유지보수가 더 간단하다는 것을 관찰했습니다.그러나, 그것들은 당시의 DC 모터보다 훨씬 컸고 바닥 아래 대차에는 장착할 수 없었다. 기관차 [13]본체 내에서만 운반할 수 있었다.1896년 Oerlikon은 루가노 트램웨이에 이 시스템의 첫 번째 상업적 예를 설치했다.각 30톤 기관차에는 이중 가공선에서 공급되는 3상 750V 40Hz에 의해 구동되는 두 개의 110kW(150hp) 모터가 있었다.3상 모터는 일정한 속도로 작동하며 회생 제동을 제공하므로 급경사로에 매우 적합합니다. 1899년 브라운은 (당시 Walter Bobveri와 협력하여) 40km Burgdorf에 최초의 간선 3상 기관차를 공급했습니다. 철도(가장 높은 지점 770m), 스위스.1901년 Oerlikon에서 한스 베른-에셴부르크에밀 후버-스톡카설계를 사용하여 산업용 주파수 단상 AC 공급이 처음 구현되었습니다. 스위스 연방 철도의 시바흐-베팅겐 라인에 설치는 1904년에 완료되었습니다.15 kV, 50 Hz 345 kW(460 hp), 48 톤의 기관차는 DC 견인 [14]모터에 전력을 공급하기 위해 변압기와 회전 변환기를 사용했습니다.

1894년 헝가리 엔지니어 칼만 칸도는 전기 기관차용 3상 비동기 전기 구동 모터와 발전기를 개발하였다.칸도의 1894년 초기 디자인은 1896년과 1898년 [15][16][17][18][19]사이에 건설된 프랑스 에비앙레뱅의 짧은 3상 교류 전차에 처음 적용되었다.1918년 [20]칸도는 전기 기관차가 단일 가공선을 통해 공급되는 동안 고전압 국가 [21]네트워크의 단순한 산업용 주파수(50Hz) 단상 AC를 운반하는 3상 모터를 사용할 수 있도록 하여 로터리 위상 변환기를 발명하고 개발하였다.

1901년 이탈리아 발텔리나의 간즈 교류 전기 기관차 원형

이탈리아 철도는 세계 최초로 간선 전장에 전기 트랙션을 도입했습니다.106km의 발텔리나 선은 1902년 9월 4일 칸도와 간즈 [22][21]작업팀이 설계한 것으로 개통되었다.전기 시스템은 3kV 15Hz에서 3상이었다.전압은 이전에 사용된 것보다 훨씬 높았고 전기 모터와 스위칭 장치에 [23][24]대한 새로운 설계가 필요했습니다.3상 2선 시스템은 북부 이탈리아의 여러 철도에서 사용되었고 "이탈리아 시스템"으로 알려지게 되었다.칸도는 1905년에 소시에타 이탈리아 웨스팅 하우스의 경영을 맡도록 초청받았고, 몇몇 이탈리아 전기 [23]기관차의 개발을 이끌었다.이탈리아 철도의 전기화 기간 동안, 어떤 종류의 전력을 사용할지에 대한 테스트가 이루어졌습니다: 일부 구간에서는 3,600V가 사용되었습니다.16+2µ3Hz 3상 전원장치, 기타 전원장치에는 1,500V DC, 3kV DC 및 10kV AC 45Hz가 있습니다.2차 세계대전 이후, 이탈리아 철도 시스템 [25]전체에 3 kV DC 전원이 선택되었습니다.

칸도는 칸즈 공장과 소시에타 이탈리아나 웨스팅 하우스와 함께 개발한 전기 기계식 변환기로 단상 교류에서 3상 모터를 사용할 수 있어 2개의 [26]가공선이 필요하지 않았다.1923년 헝가리 최초의 위상변환기 기관차가 칸도의 설계에 따라 제작되었고, 곧이어 연속 생산이 시작되었다.16 kV 50 Hz의 첫 번째 설치는 1932년 부다페스트와 코마롬 사이의 헝가리 국영 철도 56 km 구간이었습니다.이것은 성공적이었고 1934년 [27]전화는 헤게스할롬으로 확장되었다.

Swiss Re 420은 1922년에 전기화된 Gotthard 선의 남쪽에서 화물 열차를 이끌고 있습니다.현수막의 돛대와 선을 볼 수 있다.

유럽에서는 석탄 공급이 어려웠고 수력발전을 쉽게 이용할 수 있었으며 전기 기관차가 더 가파른 노선에 더 많은 트랙션을 제공하는 등 여러 가지 이유로 전기화 프로젝트는 처음에 산악 지역에 초점을 맞췄다.이는 특히 거의 모든 노선이 전기화되어 있는 스위스에서 해당된다.AC 트랙션의 광범위한 채택에 중요한 공헌은 제2차 세계대전 이후 프랑스의 SNCF에서 나왔다.이 회사는 전후 프랑스 관리 하에 있던 독일의 가파른 쾰렌탈 계곡을 통과하는 산업용 주파수 AC 라인을 평가했습니다.시험 후, 회사는 AC 기관차의 성능이 지형에 관계없이 향후 모든 설비가 이 규격에 부합하도록 충분히 개발되었으며, 이와 관련된 더 저렴하고 효율적인 [28]인프라도 갖추어졌다고 합니다.SNCF의 결정은 이미 프랑스 노선에 설치된 고압 직류 2,000마일(3,200km)을 무시한 것으로,[28] 유럽의 다른 국가들에 채택된 기준에 영향을 미쳤다.

1950년대 핀란드 탐페레 핀레이슨사의 소형 전기 기관차 피쿠페시

1960년대에는 많은 유럽 간선이 전철화되었다.유럽의 전기 기관차 기술은 1920년대 이후 꾸준히 향상되었다.이에 비해 밀워키 로드급 EP-2(1918)의 무게는 240t, 출력은 3,330kW, 최고 속도는 112km/h였다. 1935년 독일 E18은 2,800kW의 힘을 가졌지만 무게는 108t에 불과했고 최고 속도는 150km/h였다.1955년 3월 29일, 프랑스 기관차 CC 7107은 시속 331km에 도달했다.1960년에 스웨덴 철도의 SJ Class Dm 3 기관차는 기록적인 7,200 kW를 생산했습니다.200km/h로 상용 여객 서비스를 할 수 있는 기관차가 같은 시기에 독일과 프랑스에서 등장했다.전자 제어 시스템의 도입으로 더 많은 개선이 이루어졌으며, 이를 통해 대차 내부에 장착될 수 있는 더욱 가볍고 강력한 모터를 사용할 수 있게 되었다(1990년대부터 GTO 인버터를 통해 공급되는 비동기 3상 모터로 표준화됨).

1980년대에 초고속 서비스의 개발은 더 많은 전기화를 가져왔다.일본 신칸센과 프랑스 TGV는 전용 고속선을 처음부터 건설한 최초의 시스템이었다.이탈리아, 독일 스페인에서도 유사한 프로그램이 수행되었습니다. 미국에서는 새로운 간선 서비스는 코네티컷의 뉴헤이븐에서 매사추세츠의 보스턴까지 북동부 회랑을 통해 전기를 연장하는 것이 유일했지만, 새로운 경전철 시스템은 계속 건설되었습니다.

2006년 9월 2일, Eurospprinter 타입 ES64-U4 (öBB Class 1216)의 표준 생산 Siemens 전기 기관차는 잉골슈타트와 [29]뉘른베르크 사이의 새로운 노선에서 기관차 거리 열차 기록인 357km/h(222mph)를 달성했습니다.이 기관차는 현재 OBB에 의해 대부분 개조되지 않은 채 레일제트를 견인하고 있습니다. 그러나 경제 및 인프라 문제로 인해 최고 속도는 230 km/h로 제한됩니다.

종류들

러시아 철도의 VL80R 화물 기관차의 운행 제어.휠은 모터 출력을 제어합니다.
매니토바플린 플론에서 광산 작업에 사용되는 전기 기관차.이 기관차는 전시되어 현재 운행되지 않습니다.

전기 기관차는 다음과 같은 동력으로 공급될 수 있다.

전기 기관차의 두드러진 설계 특징은 다음과 같습니다.

  • 사용되는 전력의 타입(AC 또는 DC).
  • 전력을 저장(배터리, 울트라 캐패시터) 또는 수집(전송)하는 방법.
  • 트랙션 모터를 구동 휠(드라이버)에 연결하는 데 사용되는 수단입니다.

직류 및 교류

가장 근본적인 차이는 AC와 DC 중 어느 쪽을 선택하느냐에 있습니다.AC에 대한 이해가 부족하고 고전압 라인의 절연 재료를 사용할 수 없었기 때문에 초기 시스템은 DC를 사용했습니다.DC 기관차는 일반적으로 비교적 낮은 전압(600~3000볼트)으로 작동합니다.따라서 충분한 전력을 전달하기 위해 관련된 전류가 크기 때문에 장비는 상대적으로 거대합니다.높은 전류로 인해 변속기 시스템 손실이 커지므로 전원을 자주 공급해야 합니다.

AC 모터가 개발됨에 따라, 특히 더 긴 경로에서 AC 모터가 지배적인 유형이 되었습니다.이를 통해 낮은 전류를 사용할 수 있기 때문에 고전압(수천 볼트)이 사용됩니다. 전송 손실은 전류의 제곱에 비례합니다(예: 전류 평균의 2배 손실의 4배).따라서 보다 가볍고 저렴한 와이어로 장거리에서도 고전력을 전도할 수 있습니다.기관차의 변압기는 [30]이 전력을 모터의 저전압 및 고전류로 변환합니다.직류 기관차에는 AC 변압기에 의해 달성되는 것처럼 DC의 전압/전류 변환을 효율적으로 수행할 수 있는 쉬운 방법이 없기 때문에 이와 유사한 고전압, 저전류 시스템을 사용할 수 없었습니다.

AC 트랙션은 여전히 단상선 대신 이중 가공선을 사용하는 경우가 있습니다.결과적으로 발생하는 3상 전류는 유도 모터를 구동하며, 유도 모터에는 민감한 정류자가 없으며 회생 브레이크를 쉽게 구현할 수 있습니다.속도는 스테이터 회로의 극 쌍 수를 변경하여 제어되며, 가속은 로터 회로의 추가 저항을 전환하거나 로터 회로에서 출력하여 제어됩니다.2상 라인은 스위치 근처에서는 무겁고 복잡하며, 여기서 상은 서로 교차해야 합니다.이 시스템은 1976년까지 이탈리아 북부에서 널리 사용되었으며 일부 스위스 랙 철도에서 여전히 사용되고 있습니다.페일 세이프 전기 브레이크의 단순한 실현 가능성은 시스템의 장점이지만, 속도 제어와 2상 라인은 문제가 있습니다.

스웨덴 Rc 기관차는 직류 모터와 사이리스터를 사용한 최초의 직렬 기관차였다.

직류 정류자는 시동 및 [further explanation needed]저속 모두에서 문제가 있었지만 교류 동력 전달기와 직류 모터를 사용한 정류기 기관차가 일반적이었다.오늘날의 첨단 전기 기관차는 브러시리스 3상 교류 유도 모터를 사용합니다.이러한 다상 기계는 GTO, IGCT 또는 IGBT 기반의 인버터에서 전원을 공급받습니다.현대식 기관차의 전자 장치 비용은 차량 비용의 최대 50%가 될 수 있습니다.

전기 트랙션은 회생 제동을 사용할 수 있게 해 줍니다. 이 경우 모터는 브레이크로 사용되며 발전기가 되어 열차의 움직임을 전기로 변환한 다음 다시 라인으로 공급됩니다.이 시스템은 하행 기관차가 상행 열차에 필요한 동력의 많은 부분을 생산할 수 있기 때문에 산악 운행에서 특히 유리합니다.대부분의 시스템에는 고유 전압과 AC 전원의 경우 시스템 주파수가 있습니다.많은 기관차는 시스템이 겹치거나 업그레이드됨에 따라 여러 전압과 주파수를 처리할 수 있게 되었습니다.미국의 FL9 기관차는 두 개의 다른 전기 시스템에서 나오는 동력을 처리하기 위해 장착되었고 디젤 전기 장치로도 작동할 수 있었다.

오늘날의 시스템은 주로 AC에서 작동하지만, 많은 DC 시스템은 여전히 사용되고 있습니다. 예를 들어 남아프리카 공화국과 영국(750V와 1,500V), 네덜란드, 일본, 아일랜드(1,500V), 슬로베니아, 벨기에, 이탈리아, 폴란드, 러시아, 스페인(3,000V), 워싱턴 D.

송전

현대판 반판토그래프
워싱턴 D.C. 근처의 웨스트폴스 처치메트로 에서 세 번째 레일이 750볼트로 전기가 공급되었습니다.세 번째 레일은 이미지 상단에 있으며, 그 위에 흰색 캐노피가 있습니다.두 개의 하부 레일은 일반적인 주행 레일입니다. 세 번째 레일에서 나오는 전류는 이들을 통해 발전소로 돌아갑니다.

전기 회로에는 2개의 연결부(3상 AC의 경우, 3개의 연결부)가 필요합니다.처음부터 트랙은 회로의 한쪽에 사용되었습니다.모델 철도와는 달리, 선로는 일반적으로 한쪽 면만 공급하고, 다른 한쪽 면은 별도로 공급합니다.

가공선

철도는 일반적으로 지면에 평행하게 와이어를 고정하는 데 사용되는 지지 시스템의 이름을 따서 종종 "용병"이라고 불리는 가공선을 선호하는 경향이 있습니다.다음의 3가지 수집 방법이 있습니다.

  • 트롤리 폴: 바퀴 또는 신발로 라인을 연결하는 길고 유연한 폴.
  • 수집기: 와이어에 긴 집전봉을 고정하는 프레임.
  • 팬터그래프: 고정된 형상의 와이어에 집전화를 고정하는 힌지 달린 프레임.

이 세 가지 방법 중 팬터그래프 방식은 고속 작동에 가장 적합합니다.일부 기관차는 머리 위 및 세 번째 레일 집합(예: 영국 철도 등급 92)을 모두 사용합니다.유럽에서 팬터그래프의 권장 형상과 모양은 표준 EN 50367/IEC 60486에[31] 의해 정의됩니다.

서드 레일

원래의 볼티모어오하이오 철도 전기화는 오버헤드 채널에서 슬라이딩 슈를 사용했는데, 이 시스템은 곧 만족스럽지 못한 것으로 판명되었습니다.이 레일은 세 번째 레일로 대체되었으며, 픽업("신발")은 메인 트랙과 평행한 작은 레일 아래 또는 위에 지상 높이에서 운행되었습니다.선로 작업에 필요한 세 번째 레일의 파손을 수용하기 위해 기관차 양쪽에 여러 개의 픽업이 있었습니다.이 시스템은 좁은 공간을 제공하기 때문에 지하철에서 선호된다.

바퀴의 구동

밀워키 도로 EP-2 "Bi-polar" 전기 장치 중 하나

철도 전기 추진의 초기 개발 동안, 트랙션 모터의 출력을 바퀴에 연결하기 위한 많은 구동 시스템이 고안되었습니다.초기 기관차는 종종 잭샤프트 드라이브를 사용했다.이 배열에서 트랙션 모터는 기관차 차체 내부에 장착되며 잭샤프트를 기어 세트를 통해 구동합니다.이 시스템은 첫 번째 트랙션 모터가 너무 크고 무거워서 차축에 직접 장착하기 어려웠기 때문에 채택되었습니다.관련된 기계 부품의 수 때문에 잦은 유지보수가 필요했습니다.잭샤프트 드라이브는 작고 가벼운 모터가 개발되면서 가장 작은 유닛을 제외한 모든 유닛에서 폐기되었습니다.

전기 기관차가 성숙함에 따라 몇 가지 다른 시스템이 고안되었다.Buckli 드라이브는 구동 모터의 중량이 구동 휠에서 완전히 분리되는 스프링식 시스템이었습니다.1920년대부터 전기 기관차에 처음 사용된 Buckli 드라이브는 주로 프랑스 SNCF와 스위스 연방 철도에서 사용되었습니다.시기에 퀼 구동 장치도 개발되어 액슬의 위 또는 측면에 트랙션 모터를 장착하고 감속 기어와 구동 액슬에 유연하게 연결된 중공 샤프트(퀼)를 통해 액슬에 결합되었습니다.펜실베니아 철도 GG1 기관차는 퀼 구동장치를 사용했다.다시 한번 트랙션 모터의 크기와 무게가 계속 줄어들면서, 퀼 드라이브는 저속 화물 기관차에서 점차 인기를 잃었습니다.유럽에서 사용되는 고속 객차에서는 여전히 퀼 드라이브가 우세합니다.

또 다른 구동력은 "양극" 시스템입니다. 이 시스템에서는 모터 전기자가 축 자체이며 모터의 프레임과 필드 어셈블리가 트럭(보기)에 고정된 위치에 부착됩니다.모터에는 두 개의 필드 극이 있어 전기자의 수직 이동이 제한되었습니다.이 시스템은 각 모터의 출력이 제한되었기 때문에 가치가 제한되었습니다.밀워키 도로에서 사용되는 EP-2 양방향 전기 장치는 많은 수의 동력 차축을 사용하여 이 문제를 보완했습니다.

디젤 전기 기관차와 마찬가지로 현대의 화물 전기 기관차는 거의 일반적으로 각 동력 차축에 하나의 모터를 장착하여 축 매달기식 견인 모터를 사용합니다.이 배열에서 모터 하우징의 한쪽은 지면을 주행하는 플레인 베어링과 액슬에 통합된 광택 저널에 의해 지지됩니다.하우징의 다른 쪽에는 텅 모양의 돌기가 있어 트럭(보기) 받침에 매칭 슬롯을 체결하고 토크 반응 장치 및 지지대 역할을 하는 것이 목적입니다.모터에서 차축으로의 동력 전달은 모터 샤프트의 피니언이 차축의 황소 기어를 결합하는 스퍼 기어에 의해 이루어집니다.두 기어 모두 윤활유가 포함된 액밀 하우징에 밀폐되어 있습니다.기관차가 사용되는 서비스 유형은 사용되는 기어비를 결정합니다.수치적으로 높은 비율은 화물 단위에서 흔히 볼 수 있는 반면, 수치적으로 낮은 비율은 승객용 엔진에서 흔히 볼 수 있습니다.

휠 배치

GG1 전기 기관차

증기 기관차를 분류하기 위한 Whyte 표기법은 다양한 전기 기관차 배치를 기술하기에 적합하지 않지만, 펜실베니아 철도는 전기 기관차에 증기인 것처럼 클래스를 적용했다.를 들어, PRR GG1 클래스는 2대의 4-6-0 클래스 G 기관차가 백 투 백으로 결합된 것처럼 배치되었음을 나타냅니다.

UIC 분류 시스템은 동력 및 무동력 차축의 복잡한 배치를 처리할 수 있고 결합 구동 시스템과 분리 구동 시스템을 구분할 수 있기 때문에 전기 기관차에 일반적으로 사용되었습니다.

배터리 기관차

웨스트 햄 역에 있는 런던 지하철 배터리 전기 기관차 기관차

배터리 전기 기관차(또는 배터리 기관차)는 배터리 전기 자동차의 일종인 온보드 배터리로 구동됩니다.

이러한 기관차는 디젤 또는 재래식 전기 기관차가 적합하지 않은 경우에 사용됩니다.예를 들어, 전기 공급이 중단되었을 때 전기가 흐르는 노선의 유지보수 열차가 있습니다.배터리 기관차의 또 다른 용도는 연소 기관차(증기 또는 디젤 기관차)가 좁은 공간에서 화재, 폭발 또는 연기의 위험으로 인해 안전 문제를 야기할 수 있는 산업 시설(예: 폭발물 공장, 석유, 가스 정유 공장 또는 화학 공장)이다.배터리 기관차는 회수용 신발에서 아크로 움직이는 트롤리 동력 장치에 의해 가스가 점화되거나 공급 회로 또는 리턴 회로에서 전기 저항이 발생하여 지상으로 위험한 전류가 [32]누출될 수 있는 광산 철도에 선호됩니다.

1837년에 만들어진 최초의 전기 기관차는 배터리 기관차였다.그것은 스코틀랜드애버딘화학자 로버트 데이비슨에 의해 만들어졌고, 갈바닉 셀(배터리)로 작동되었다.또 다른 초기 사례는 알래스카 라토슈의 케네콧 구리 광산에서 1917년 지하 수송로가 넓어져 4+12 쇼트톤(4.0 long t; 4.1 t)[33]의 배터리 기관차 2대로 작업할 수 있게 되었다.1928년 Kennecott Copper는 배터리가 탑재된 700계 전기 기관차 4대를 주문했다.이 기관차의 무게는 85 쇼트톤(76 롱톤, 77t)이었으며 [34]배터리로 주행하는 동안 상당한 범위의 750V 오버헤드 트롤리 와이어로 작동했습니다.이 기관차는 니켈-철 배터리(에디슨) 기술을 사용하여 수십 년 동안 서비스를 제공했습니다.배터리는 납 축전지로 교체되었고, 기관차는 곧 폐기되었다.기관차 4량은 모두 박물관에 기증됐지만 1량은 폐기됐다.다른 것들은 아이오와주 분 앤 스케이프 밸리 철도와 캘리포니아 주 리오 비스타에 있는 웨스턴 철도 박물관에서 볼 수 있다.

토론토 교통위원회는 1968년 일본 샤료사가 만든 배터리 전기 기관차를 토론토 지하철에서 운영하다가 2009년 [35]퇴역했다.

런던 지하철은 일반 정비 작업을 위해 배터리 전기 기관차를 정기적으로 운행합니다.

2022년 현재, 7 MWh와 14 MWh의 에너지 용량을 가진 배터리 기관차가 철도 노선으로 발주되어 [36]개발 중입니다.

슈퍼 캐패시터 전원 스토리지

2020년 주저우 전기 기관차 회사는 트램용으로 개발된 슈퍼 캐패시터를 사용하는 저장 전력 시스템 제조업체들이 기관차를 [37]포함하도록 제품 라인을 확장한다고 발표했습니다.

전 세계 전기 기관차

유럽

NER No.1, 로코모션 뮤지엄, 쉴든
FS Class E656은 관절형 Bo'-Bo'-Bo' 기관차로 이탈리아 철도에서 종종 볼 수 있는 단단한 곡선을 보다 쉽게 관리합니다.
브리티시 클래스

전화는 유럽에서 널리 보급되어 있으며, 여객 열차에 일반적으로 전기 다중 장치가 사용됩니다.고밀도 스케줄로 인해 운영 비용은 미국보다 인프라 비용에 대해 더 우세하며 전기 기관차는 디젤보다 운영 비용이 훨씬 낮습니다.게다가, 제1차 및 제2차 세계 대전 동안 경험했던 석탄 부족 때문에, 각국 정부는 철도망을 전기화할 동기를 부여받았다.

디젤 기관차는 전기 기관차에 비해 같은 무게와 치수로 출력이 낮다.예를 들어, 현대적인 영국 철도 66급 디젤 기관차의 2,200 kW는 1927년에 보다 가벼운 전기 SBB-CFF-FFS Ae 4/7(2,300 kW)과 일치했습니다.그러나 저속에서는 동력보다 견인력이 더 중요합니다.디젤 엔진은 (캐나다와 미국에서 흔히 볼 수 있듯이) 느린 화물 교통에 대해서는 경쟁력을 갖출 수 있지만, 특히 무거운 화물 열차가 비교적 빠른 속도 (80km/h 이상)로 운행되어야 하는 많은 유럽 철도 노선에서와 같이 승객 또는 혼합 승객/화물 교통에는 경쟁력이 없습니다.

이러한 요인들은 대부분의 유럽 국가에서 높은 수준의 전기화로 이어졌다.스위스와 같은 일부 국가에서는 전기 셔터조차 흔하고 많은 사설 사이드싱이 전기 기관차에 의해 운행된다.제2차 세계 대전 중, 새로운 전기 기관차를 만들 재료가 없을 때, 스위스 연방 철도[38][39]수입 석탄의 부족에 대처하기 위해 일부 증기 차단기의 보일러에 전기 난방 요소를 설치하였다.

대중 교통을 강화하기 위한 많은 유럽 국가들의 최근 정치적 발전은 전기 견인력을 또 다른 증가시켰다.또한 이러한 구간에서 전기 기관차를 디젤로 대체하는 것을 방지하기 위해 전기화되지 않은 선로의 간극을 폐쇄합니다.이러한 노선의 필요한 현대화와 전화화는 국가에 의한 철도 인프라의 자금 조달로 가능합니다.

영국의 전기 다중 장치는 1890년대에 처음 도입되었으며, 최신 버전은 대중 교통을 제공하며, 클래스 76, 클래스 86, 클래스 87, 클래스 90, 클래스 91 및 클래스 92와 같은 다수의 전기 기관차 클래스도 있습니다.

러시아와 옛 소련

소련의 전기 기관차pk VL60( soviet60пк), 1960년 경
러시아 화물 전기 기관차 3ES10 및 4ES5K

러시아구소련의 다른 국가들은 역사적 이유로 3,000V DC와 25kV AC가 혼합되어 있다.

특수 "접속소" (구 소련 - 블라디미르, 크라스노야르스크 인근 마린스크 등)는 DC에서 AC로 전환할 수 있는 배선을 가지고 있다.이러한 역에서는 기관차 교체가 필수적이며 접점 배선 전환과 함께 수행됩니다.

대부분의 소련, 체코, 러시아 및 우크라이나 기관차는 AC 또는 DC에서만 운행할 수 있다.를 들어 VL80은 AC 머신이고 VL10은 DC 버전입니다.VL82와 같은 반 실험형 소형 시리즈가 몇 개 있었는데, 이 시리즈는 AC에서 DC로 전환할 수 있고 우크라이나 하르키브 시 주변에서 소량 사용되었습니다.또한 최신 러시아 객차 EP10은 이중 시스템이다.

이전에는 단순화를 위해 3,000V DC가 사용되었습니다.첫 번째 실험 선로는 그루지야 산맥에 있었고, 그 후 가장 큰 도시의 교외 구역은 EMU를 위해 전기화되었습니다. 증기 열차에 비해 그러한 열차의 역동성이 훨씬 우수하기 때문에 매우 유리했습니다. 이는 빈번한 정차를 수반하는 교외 서비스에 중요합니다.그 후 우파와 첼랴빈스크 사이의 큰 산줄기가 감전되었다.

한동안, 전기 철도는 교외나 산악 노선에만 적합하다고 여겨졌습니다.1950년경, (전설에 따르면, 조셉 스탈린은) 옴스크-노보시비르스크의 고부하 평야 초원 선을 전기화하기로 결정했다.이후 주요 철도를 3,000V DC로 전기화하는 것이 주류가 되었다.

25kV AC는 산업이 정류기 기반의 AC-와이어 DC-모터 기관차를 가까스로 만들었을 때인 1960년 경 소련에서 시작되었다(소련과 체코의 AC 기관차는 모두 그랬고, 구소련 이후 기관차만 전자 제어 유도 모터로 전환되었다).AC전력을 가진 첫 번째 주요 노선은 Mariinsk-Krasnoyarsk-Tayshet-Zima였고, 모스크바-Lastov-on-Don과 같은 유럽 러시아 노선이 그 뒤를 이었다.

1990년대에 일부 DC 라인은 VL85의 거대한 10 MWt AC 기관차를 사용할 수 있도록 AC로 재건되었다.Irkutsk 주변의 선이 그들 중 하나입니다.이 재건으로 해방된 DC 기관차는 상트페테르부르크 지역으로 이송되었다.

시베리아 횡단 철도는 1929년부터 부분적으로, 2002년부터 완전히 전기화되었다.시스템은 크라스노야르스크 근처의 Marinsk 분기점 이후 25kV AC 50Hz이며, 그 전 3,000V DC이며, 열차 중량은 최대 6,000톤입니다.[40]

북미

캐나다

1989년 마운트 로열 터널에서 출발한 CN 박스캡 전기 기관차.

역사적으로 캐나다는 주로 환기가 잘 되지 않는 터널을 통해 승객과 화물을 이동시키기 위해 다양한 전기 기관차를 사용해 왔습니다.캐나다에서 사용되던 전기 기관차에는 세인트루이스가 포함된다. 클레어 터널 Boxcab Electric, CN Boxcab Electric 및 GMD GF6C.몬트리올의 엑소는 ALP-45DP 듀얼 모드 전기 디젤 기관차를 운용하여 환기가 잘 되지 않는 마운트 로열 터널을 통과할 수 있도록 하고 있습니다.이 기관차들은 듀스-몽타네스 선 전체 길이와 몬트리올 중앙역과 아혼식사이마스쿠슈 선을 따라 전기 모드로 운행된다.기관차는 마스쿠슈 선의 나머지 구간과 다른 세 개의 비전기화 [41]노선을 따라 디젤 모드로 운행됩니다.그러나 마운트 로열 터널이 레소 고속 경전철간선으로 전환되고 2020년 1월부터 마스코우슈 선에서 아웅시 역까지 영구 차단됨에 따라 기관차는 디젤 [42]모드로만 운행된다.

미국과 마찬가지로 디젤 기관차의 유연성과 상대적으로 낮은 인프라 비용으로 인해 법적 또는 운영상의 제약으로 인해 전기 사용이 결정되는 경우를 제외하고는 디젤 기관차가 우세하게 되었습니다.제한된 전기 철도 인프라와 오늘날 캐나다에서 운행되는 전기 기관차로 이어집니다.2021년 현재 캐나다 Iron Ore Company가 운영하는 GMD SW1200MG 전기 기관차는 Carol Lake 광산에서 가공 공장으로 원광석을 운반하는 소규모 격리 철도용입니다.

향후 토론토 GO 트랜싯은 지역 고속철도 이니셔티브의 일환으로 새로운 전기 기관차를 운행할 계획입니다.수소 연료 전지 기관차의 사용 가능성 또한 [43]연구되고 있다.

미국

전기 기관차는 워싱턴 DC보스턴 사이암트랙북동부 회랑과 펜실베니아 해리스버그로 가는 지선 및 일부 통근 철도 노선의 여객 열차에 사용됩니다.대중 교통 시스템과 다른 전기 통근 노선은 각 차량에 동력이 공급되는 전기 다중 장치를 사용합니다.기타 모든 장거리 여객 서비스 및 드문 경우를 제외하고 모든 화물은 디젤 전기 기관차로 운송된다.

북미에서는 디젤 기관차의 유연성과 상대적으로 낮은 인프라 비용으로 인해 법적 또는 운영상의 제약으로 인해 전기 사용이 결정되는 경우를 제외하고는 디젤 기관차가 널리 보급되었습니다.후자의 예는 암트랙의 전기 기관차와 북동부 통근 철도의 사용이다.뉴저지 트랜싯 뉴욕 코리더는 펜 역과 그에 이르는 허드슨 및 이스트 리버 터널에서의 디젤 운행 금지 때문에 ALP-46 전기 기관차를 사용한다.펜 역으로 가는 일부 다른 열차들은 터널과 역에서 제3의 레일 동력을 차단할 수 있는 듀얼 모드 기관차를 사용한다.

증기 시대에는 일부 산간 지역에 전기가 공급되었지만, 그것들은 중단되었습니다.전기화된 지역과 전기화되지 않은 지역 사이의 교차점은 엔진 변경 지점입니다. 예를 들어, Amtrak 열차는 기관차가 교체되면서 코네티컷 뉴헤이븐에서 연장 정차하게 되었고,[44] 이는 2000년에 북동부 회랑의 뉴헤이븐에서 보스턴까지 전철화 결정을 내리는 데 기여했습니다.

아시아

중국

양차이나 철도장거리 여객열차를 운반하는 HXD3D.

중국은 10만 킬로미터(6만 2천 마일) 이상의 전기 [45]철도를 보유하고 있습니다.대부분의 간선 화물 및 장거리 여객 열차는 일반적으로 7,200 킬로와트 (9,700 hp)를 초과하는 고출력 전기 기관차를 사용하여 운행되었습니다.중화물은 6개 구간 전기 기관차의 "[46]센 24" 시리즈로 최대 28,800 킬로와트(38,600 hp)에 이르는 초고출력 다구간 기관차로 운반된다.

인도

인도의 모든 간선 전철 노선은 50Hz에서 25kV AC 오버헤드 전철화를 사용한다.2017년 3월 현재, 인도 철도는 화물 및 승객 교통의 85%를 전기 기관차로 운반하고 있으며 45,881km의 철도 노선이 전철화되었습니다.[47]

일본.

일본 전기 기관차 EF65

일본은 비교적 짧은 거리와 산악지형이 특히 경제적인 투자로 인해 완전한 전기화에 근접했다.또한, 화물 대 여객 서비스의 혼합은 다른 많은 국가들보다 여객 서비스에 훨씬 더 많이 가중되고 있으며, 이는 많은 원격 회선의 전화화에 대한 정부 투자를 촉진하는 데 도움이 되었다.그러나, 이러한 동일한 요소들로 인해 일본 철도 운영자들은 전기 기관차보다 EMU를 선호하게 되었습니다.전기 기관차를 화물에 위탁해 장거리 서비스를 선택함으로써 일본 내 전동차량의 대부분이 EMU로 운행되고 있다.

호주.

오스트레일리아 전기 기관차 3100/3200계

빅토리아 철도와 뉴사우스웨일스 관공서 철도는 모두 20세기 초 호주에서 전기 트랙션을 개척하고 1,500V DC 전기 다중 유닛을 계속 운영하고 있으며, 전기 기관차는 철수했습니다.

두 주 모두에서 주요 도시 간 노선에 전기 기관차를 사용한 것은 확실한 성공으로 입증되었다.빅토리아 주에서는, 단 하나의 주요 노선 (Gippsland 선)만이 전기화되었기 때문에, 전기화된 네트워크를 넘어 달리는 열차에 대한 기관차의 변경 필요성 때문에, 전기 트랙션의 경제적 이점은 완전히 실현되지 않았습니다.VR의 전기 기관차는 1987년까지[48] 운행에서 철수했고 2004년까지 [49]젭스랜드 라인의 전기화는 해체되었다.1983년에 NSW에 도입된 86계급 기관차는 전기 사용료 인상과 함께 전기 네트워크 끝부분의 기관차 교체 비용이 발생함에 따라 상대적으로 수명이 짧았다.[50]도시형 여객 서비스에는 지금도 전동차가 사용되고 있다.

퀸즐랜드 철도는 비교적 최근에 전기를 도입했으며, 현재 약 1,000km의 협궤 네트워크가 전기화된 최신 25kV AC 기술을 사용하고 있습니다.수출용 석탄을 수송하기 위해 전기 기관차를 운영하고 있으며, 그 중 가장 최근의 것은 3,000kW(4,020HP) 3300/[51]3400 클래스입니다.퀸즐랜드 철도(Queensland Rail)는 현재 3100 및 3200급 로고를 3700 클래스로 재구축하고 있으며, 이 로고는 AC 트랙션을 사용하며 석탄 열차에 5량이 아닌 3량의 기관차만 있으면 됩니다.Queensland Rail은 2008년 말부터 2009년까지 독일 뮌헨의 Siemens에서 30대의 3800급 기관차를 공급받고 있다.QRNational(퀸즐랜드 철도의 분리 후 석탄과 화물)은 3800급 기관차의 발주를 증가시켰다.그들은 2010년까지 계속 늦게 도착한다.

「 」를 참조해 주세요.

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원천

외부 링크